大港油田低渗透储层测井综合评价技术研究.pdf

1引言大港油田地处盐碱荒滩，于1964年投入开发，地层岩性虽以常规碎屑岩为主，但地质构造破碎，断裂系统异常发育，沉积类型多样，包括曲流河、辫状河、三角洲、水下扇、冲积扇扇中辫状河、滨浅湖等多类沉积体系。该油田由大小、形状迥异的小断块群组成，多层系、多类型构造-岩性油气藏分布规律复杂，不同断块乃至同一断块不同层位的储层发育程度、油气富集程度均存在差异，具有勘探难度大、技术要求高的特点。低渗油气藏潜在资源量丰富，已成为大港油田勘探开发的主要对象之一。针对其孔隙结构复杂，岩性复杂，侵入作用强以及测井响应特征复杂等特点，本文加着重于微观孔隙结构的研究，针对深层低渗储层渗透率评价、流体性质识别方面进行了岩石物理机理、测井响应特征等全方位的技术攻关，形成了一套完善的以孔隙结构分析为基础的测井综合评价方法。2 基于孔隙结构特征分析的低渗透储层参数评价技术测井评价的传统做法是假设同一区块、同一层段的储层是均质的，或者是非均质但可以用线性方式进行描述，分区块、分层组建立模型。在低渗透率储层中，同一层组内岩性和物性变化大，非均质性强，测井方法对地质特征的反映不同。储层的非均质性明显超过了“区块”或“层段”所表述的储层单元界限。针对此难题，本次研究从常规测井资料和核磁共振测井资料出发，分别对储层微观孔隙结构进行刻画，形成了基于常规测井的流动单元评价法和核磁共振测井的T2谱分段评价法。2.1 常规测井流动单元评价法储层分类有多种方法，总的趋势为从定性到定量分析，从宏观到微观发展。本文通过引入“流动单元”的概念，对低渗透储层进行归类分析，实现在同类储层均质化，降低评价的难度。流动带指标（FZI）反映储层的微观孔隙结构特征，与其它方法相比，具有划分指标量化，标准统一，研究经济成本和时间成本低的特点，在实际工作中得到广泛应用。流动带指标值相同的样品具有相同的孔喉特征，属于同一个流动单元。不同流动带指标值的样品将落在相互平行的直线上。图1为沙河街组各层段岩样孔渗关系图，图2为流动单元分类后的孔渗关系图。如图所示，利用岩心资料将目标区块划分为三类流动单大港油田低渗透储层测井综合评价技术研究摘要：低渗油气藏潜在资源量丰富，已成为大港油田勘探开发的主要对象之一。本文在前期储层评价与油气层识别方法技术攻关的基础上，更加着重于微观孔隙结构的研究，针对深层低渗储层渗透率评价、流体性质识别以及产能预测三方面进行了岩石物理机理、测井响应特征等全方位的技术攻关，形成了一套完善的以孔隙结构分析为基础的测井综合评价方法。关键词：低渗透率储层；孔隙结构；流动单元；区间孔隙；熵权法李进1，卓坤1，叶志红2，毛党祯1，徐锦峰1，徐陈1，孔海军1（1.中国石油测井天津分公司；2.中国石油测井吐哈分公司）特邀论文 国 外 测 井 技 术WORLD WELL LOGGING TECHNOLOGYAug.20232023年8月作者简介：李进（1987-），女，硕士研究生，高级工程师，从事测井资料综合解释研究工作8年。55国 外 测 井 技 术2023年8月元。从I类到类，岩性逐渐变细，孔隙度、渗透率逐渐减小，孔隙结构逐渐变差。由图可见，流动单元指标法能明显提高渗透率测井解释精度，相关性均达到0.85以上。此外，研究发现测井曲线中与流动单元指标具有比较高的相关参数有（RD-RS）/RD、CN/DEN、（DEN+CN）/2-AC、1/dGR。本文基于不同孔隙结构响应差异，采用Fisher自动判别法，编制程序实现了利用测井曲线进行储层流动单元的逐步划分。其中：k为渗透率，单位为mD，为孔隙度，单位为%，Vsh为泥质含量，单位为%。2.2 核磁共振T2谱分段评价法低孔渗岩石孔隙度是储层物性的一个宏观指示，并不能反映储层的微观孔隙结构的好坏，而微观孔隙结构才是决定储层渗透性好坏的关键参数。前期研究中常用核磁共振T2几何平均值来表征储层孔隙结构，但是低渗透储层由于沉积环境和成岩作用的复杂性，造成孔隙结构与常规储集层之间存在很大的差异，基于T2几何平均值描述微观孔隙结构，已经满足不了精细评价的需求。而由于不同区间孔隙对渗透率的贡献差异很大，要准确评价地层渗透率，需充分考虑孔径分布形态和不同孔径尺寸图1 沙河街各层段孔渗关系图图2 划分流动单元后孔渗关系图表1 各流动单元渗透率计算公式统计表图3 核磁孔隙谱分段示意图562023年8月搭配关系，来提高核磁共振评价渗透率的精度。所以本次研究在分析岩石微观孔隙结构的基础上，通过求准储层有效孔隙以及各区间孔隙，来建立孔隙度和渗透率之间的相关关系。研究通过不断对比和精细优化，将核磁共振T2谱分为 4 个区间，分别为小于 T2 截止值、T2 截止值-64ms、64ms-256ms、大于256ms。图3展示了T2谱划分的4个区间。在此基础上，本文采用麦夸特法+全局优化的算法对Coates渗透率评价公式进行改进与完善。具体公式见式1。该数学方法是目前解非线性方程组的首选算法，其求解能力总体上强于任何其它算法。最大的特点是克服了在优化计算领域使用迭代法必须给出合适初始值的难题，由系统随机给出，通过独特的全局优化算法，找出最优解。设计思想简单，收敛速度快，具有能快速跳出局部极小值，便于工程应用等优点，有广泛的应用前景。式中：a、b、c、d、e为模型参数；1：微孔占比；2：细孔占比；3：中孔占比；4：大孔占比。利用麦夸特法+通用全局优化法，迭代 25 次，迭代结果 a=12278.35；b=5.80；c=3.35；d=0.77；e=5.49。3 低渗透储层流体性质评价方法3.1 常规测井流体性质评价方法研究低渗透储层岩性和孔隙结构复杂，储集空间小，测井信息中来自流体的贡献少，导致测井资料对油气的敏感性降低；且测量环境中围岩、井眼以及钻井液的侵入作用进一步减弱或掩盖了电阻率反映油气特征的能力，需发展适应于低渗透油气层的解释技术，实现准确地识别油气层的目的。本文针对仅有常规测井资料时，对制约流体性质评价符合率的主控因素进行深入分析，建立了一套集成高束缚水电阻率校正、地层水信息对比以及四孔隙判别流体性质的方法。3.1.1高束缚水电阻率校正法高束缚水饱和度是低孔渗储层的一个主要特征。地层束缚水主要受沉积水动力、沉积背景的控制。在地层正韵律底部或反韵律顶部水动力强，沉积颗粒比较粗且岩性纯，孔隙结构较简单，束缚水含量少，自然伽马值较低；随着水动力的迁移，沉积条件逐渐变弱，储层的岩性由粗变细，由单一变为复杂，束缚水含量高，测井曲线齿状化，自然电位异常变小，自然伽马值变高，油层电阻率变小，导致油、水层差异变小，从而影响油气层识别。基于自然伽马曲线可以较好的反映沉积韵律，项目利用伽马曲线对电阻率进行沉积韵律校正，降低了沉积韵律技高束缚水饱和度对电阻率测井资料的影响，扩大了油、水层电阻率之间的差异，有效区分油水层。具体校正公式为：（2）式中：Rtc为沉积韵律校正后的电阻率数值，.m；Rt为沉积韵律校正前储层深电阻率曲线值，.m；Rsh为泥岩电阻率曲线值，.m；为自然伽马相对值。图4为电阻率校正后的流体识别图版，可见不同流体性质投影位置有明显区分。（1）图4 电阻率校正后的流体性质识别图版图5 地层水信息对比直方图李进，等：大港油田低渗透储层测井综合评价技术研究57国 外 测 井 技 术2023年8月（5）3.1.2地层水信息对比法钻井液污染严重是低渗储层的另一主要特点。尤其是采用咸水泥浆钻井时，一方面受高矿化度钻井液侵入影响，油气层视电阻率大幅度降低，电阻率测井对油气层的反映能力下降，另一方面咸水泥浆却提升了自然电位测井信息的应用基础，不仅可以反映地层物性条件，计算的视地层水电阻率还可以反映含油饱和度的变化，从而区分油气层和水层。对于油气层而言，随着储层含油饱和度的增大，阿尔奇公式计算的视水电阻率增大、自然电位计算的视水电阻率减小，而水层则正好出现相反的情况，阿尔奇公式计算的视水电阻率减小、自然电位计算的视水电阻率增加。故将两种视水信息进行比值处理，放大由于侵入造成的油层与水层之间的微弱差异，使储层含油性特征显性化，有助于较好地识别油气层。其中纯砂岩地层，自然电位计算视地层水电阻率：（3）式中：Rwa（SP）-由自然电位计算的视地层水电阻率；Rmff-地层温度下的泥浆滤液电阻率；dSP-目的层段自然电位幅度值；K-计算过程中需要校正到地层温度条件下。阿尔奇公式计算视地层水电阻率：式中：Rt-地层电阻率（取值为深电阻率测量值）；-储层孔隙度（采用中子-密度交会计算）；m-孔隙结构胶结指数；Rwa（Rt）-通过电阻率和孔隙度计算的视地层水电阻率。视地层水比值：地层水信息对比法对岩性较粗，电阻率受咸水泥浆侵入影响的储层流体性质具有较好的识别效果。图5为不同流体性质M分布直方图。据统计，一般油层M在2之上，水层M在1.5以下，油水同层分布于1.5-2之间。3.1.3四孔隙度流体判别法气层压缩系数大，易受侵入影响，在深层低渗储层中测井响应特征并不明显，在评价过程中与油、水层难以区分。本文利用泥质砂岩体积模型，通过求取四孔隙度值，包括视中子孔隙度、视密度孔隙度、视声波孔隙度以及视地层含水孔隙度，采用熵权法确定各参数权重，最后形成新指标，来判别流体性质。熵权法是目前工程技术领域中确认指标权重上广泛应用的一种方法，其依据客观资料，根据指标变异性的大小确定权重，能有效避免单参数间表征结果不一致的情况。本文首先选取目的区块试油层段特征响应值，建立不同流体性质的四孔隙度数据体矩阵。再利用熵权法去同存异的特点，将矩阵进行归一化、标准化、求取信息熵、计算各指标的权重等，形成孔隙度权重矩阵。最后将孔隙度数据体矩阵与权重矩阵相结合，计算流体识别新指标：孔隙比值K，孔隙差值F，具体公式如下：（4）（6）（7）图6 孔隙比值-孔隙差值交会图582023年8月结合区块试油结论，利用孔隙度比值与孔隙度差值制作流体性质识别交会图图版（如图6）。该方法基于不同流体性质测井响应特征，强化敏感参数，弱化惰性参数，形成扩大不同流体性质差异的孔隙比值k、孔隙差值F新指标，使得形成的新流体识别交会图版法较常规单孔隙曲线、补中-密度孔隙度差值法在区分不同流体性质作用上效果更加显著。并且同时应用多条测井曲线的综合反映，减弱了评价结果对某条曲线的单一依赖性，降低了由于井况复杂等原因导致的资料质量问题对评价结果造成影响的风险，使分析结果更加真实可靠。4 结论大港油田以碎屑岩储层为主，针对低渗透率测井评价方法的研究陆续开展了近20余年，虽然前期取得了一定效果，但随着勘探开发的深入，成果的应用效果受地区经验以及开发阶段的限制，急需开展深入研究满足开发需求。本文以品质分级为约束条件，以储层孔隙结构表征为突破点，深入开展四性关系研究，建立新的测井评价技术体系，在油田范围内进行推广应用，取得了较好的效果，助力油田高效建产。参考文献：1孟昭瑛、杨树耕.任贵永等.浅海人工岛整体结构分析.中国海洋平台,1994,:268-271.2杨克兵、王连君、刘懿等.阵列声波测井评价致密砂岩气层含气性J.断块油气田,2019,（04）.3姜黎明、孙建孟、刘学锋等.天然气饱和度对岩石弹性参数影响的数值研究J.测井技术,2012,36（3）：2392434 王志章、熊琦华、宋杰英.测井资料标准化及应用J.测井技术,1993,17（6）.453-4605 雍世和、洪有密.测井资料综合解释与数字处理M.石油工业出版社,19826何胜林等.东方1-1气田低电阻率气层测井评价方法.天然气工业，2012，32（8）：27-307陈宁宁.熵权法判别水淹层在埕东东区的应用J.中国石油大学胜利学院学报,2019,33（2）：20-238 吴秀云、伏义淑.熵权和水轮机模糊综合最佳选型 J.武汉水利电力大学学报，1999，21（1）:27-319 杨少春、杨兆林、胡红波.熵权非均质综合指数算法及其应用 J.石油大学学报（自然科学版），2004，28（1）:18-21 国外测井专利 专利名称:NUCLEAR WELL LOGGING TOOL WITH AT LEAST ONE GAMMA-RAY SCINTILLATIONDETECTOR EMPLOYING A THALLIUM-BASED SCINTILLATOR MATERIAL专利申请号:EP20180775789申请日:2018.03.19公开号:EP3602145（A4）公开日:2020.11.25申请人:Services Ptroliers Schlumberger;Schlumberger Technology B.V.A subsurface logging tool that is deployable in a wellbore that traverses a formation includes a gamma-rayscintillation detector with a thallium-based scintillator material.The scintillator material is suitable forhigh-temperature downhole environments（i.e.,above 70 C.）.As such,the scintillator material improves theperformance of oilfield measurement（s）at temperatures above 70 C.and at least up to 175 C.,when comparedwith the use of the other materials.The scintillator material may have an effective atomic number of at least sixty.The scintillator material may have the chemical formula Tl2LiY1-xCexCl6,where x is 0 to 1.Lithium（Li）may bepartially or completely replaced by another alkali metal or by indium（In）.Yttrium（Y）is partially or completelyreplaced by another rare earth element.Chlorine（Cl）is partially or completely replaced by another halide.李进，等：大港油田低渗透储层测井综合评价技术研究59